自交与异交对捕食风险跨代响应的调控机制研究：淡水螺的表型可塑性进化

本研究针对淡水螺Physa acuta的繁殖策略（自交/异交）如何影响捕食风险诱导的跨代表型可塑性（TGP）这一科学问题，通过两代实验设计系统评估了F1代捕食暴露与繁殖方式对F2代抗捕食行为（如爬出行为crawling-out）和壳形态（几何形态测量法）的交互影响。研究发现异交后代体型更大且受父本捕食经历显著影响，而自交后代在捕食风险下表现出独特的行为响应模式，揭示了繁殖策略通过表观遗传信息确定性调控跨代防御策略的新机制。该成果发表于《Oecologia》，为理解环境压力下繁殖策略的进化权衡提供了重要案例。

　　

在自然界中，生物体面临着一个永恒的生存难题：如何将环境信息转化为适应优势传递给后代？这个问题在捕食者-猎物关系中尤为突出。淡水螺Physa acuta作为同时雌雄同体的模式生物，具有独特的繁殖策略选择——既能自交(selfing)又能异交(outcrossing)，这为研究环境压力与繁殖策略的协同进化提供了理想窗口。以往研究已发现捕食风险可诱导螺类产生壳形态变化（如窄壳口）和行为防御（如爬出水面crawling-out），但关于繁殖方式如何调控这些性状的跨代表型可塑性(transgenerational plasticity, TGP)仍属未知领域。

美国宾夕法尼亚州立大学贝伦德分校的Haley R. Altadonna和Lynne E. Beaty团队在《Oecologia》发表的研究，通过精巧的两代实验设计揭示：异交后代体型显著大于自交后代，且父本捕食经历对后代体型具有独特影响；更引人注目的是，自交后代在应对捕食风险时表现出与异交后代截然不同的行为策略。这些发现不仅拓展了我们对表观遗传继承机制的理解，还为预测环境压力下繁殖策略的进化轨迹提供了新视角。

研究方法上，研究者从野外采集120只F₀代Physa acuta建立实验室种群。F₁代接受捕食者（锈螯虾Orconectes rusticus）信号或对照处理，并设置自交/异交繁殖组。通过几何形态测量法（11个地标点+17个半地标点）量化壳形态，采用爬出行为实验评估F₂代抗捕食响应。统计模型采用AICc准则筛选最优线性混合模型（LMM/GLMM）分析繁殖输出、形态和行为数据。

【F₁繁殖】结果显示：捕食暴露使F₁代产卵量降低13%（1.63 vs 1.70卵块/螺/天），自交个体繁殖投入显著少于异交个体。这与"压力-繁殖权衡"假说一致，表明捕食风险促使能量分配向自我维持偏移。

【壳大小和形状】发现两个关键模式：1）自交F₁代壳体（2316.9±63.5）显著大于异交个体（2160.3±37.9），且具有更窄的壳口，暗示繁殖方式直接影响生长策略；2）F₂代表现出显著的父系效应——异交后代中，捕食暴露父本的后代体型增大35%（如O-C+P组1578.8 vs O-C+C组1166.3），而自交后代却呈现相反趋势。

【F₂抗捕食行为】揭示出最戏剧性的发现：除S-C组（自交+母本对照）外，所有F₂代在捕食信号刺激后爬出行为概率均下降。研究者认为这可能是自交导致表观遗传信息确定性升高的结果——单亲来源的环境信息使S-C组后代对突发捕食风险更敏感。

讨论部分指出，该研究首次在淡水螺中证实：1）繁殖策略通过调控表观遗传信息传递效率影响跨代可塑性；2）父本经历可独立影响后代体型，挑战了传统母系主导的跨代效应认知；3）自交虽能提高信息确定性，但可能导致适应性行为响应范围缩窄。这些发现对理解环境变化背景下繁殖策略的进化权衡具有重要意义——当捕食压力持续时，异交可能通过维持表型多样性获得选择优势，而自交种群可能因响应模式僵化面临更高灭绝风险。研究者建议未来工作应结合分子表观遗传学技术，直接检测自交/异交对DNA甲基化等表观标记的影响机制。